切頂卸壓技術(shù)在沿空留巷中的應(yīng)用

曹冬冬，何廣宏

（1.西山煤電（集團）有限責任公司安全監(jiān)察局，山西 太原030053；2.汾西同達工程設(shè)計有限責任公司，山西 介休032000）

回采巷道采用沿空留巷技術(shù)，可以最大限度地回收煤柱資源，減少資源損失，縮短工作面準備時間。因此，這項技術(shù)在煤礦開采中應(yīng)用較為廣泛。目前比較常用的沿空留巷技術(shù)的巷旁支護采用充填材料，支撐巷道頂板來壓，同時封閉冒落區(qū)矸石和有毒、易燃氣體；但充填材料制備復(fù)雜，達到支護強度的時間較長，工藝繁瑣，泵送設(shè)備昂貴，成巷的經(jīng)濟、社會效益不佳。 山西汾西香源煤業(yè)有限責任公司（以下簡稱香源礦），采用切頂卸壓技術(shù)對沿空留巷進行了探索。

1 工程概況

香源礦屬于兼并重組礦井， 開采2、3 號煤，年生產(chǎn)能力為0.90 Mt/a，現(xiàn)開采井田北部的一采區(qū)3號煤，厚為1.50 m，煤層傾角為2°～4°。 一采區(qū)31001 工作面開采走向長度1 280 m， 工作面傾斜寬度200 m。 設(shè)計31001 運輸巷寬為4.8 m， 高為3.2 m， 錨網(wǎng)支護， 采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)將31001 運輸巷保留作為31002 工作面的回風(fēng)巷，其層位沿著3 號煤層頂板布置。

31001 工作面運輸巷采用錨網(wǎng)+ 預(yù)應(yīng)力錨索支護。 全巷道掛金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格100 mm×100 mm；頂板和兩幫錨桿采用Φ22 mm×2 000 mm 螺紋鋼錨桿，間排距為750 mm×800 mm；頂板錨索采用高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線Φ18.9 mm×8 000 mm。

2 切頂卸壓沿空留巷方案

根據(jù)香源礦頂板圍巖情況和巷道支護情況，提出預(yù)裂爆破切頂配合留巷前后加強支護的沿空留巷方案：①在巷道超前段，采空區(qū)側(cè)貼幫采用3.0 m的π 型梁配單體液壓支柱抬棚加強支護，采用高強度預(yù)應(yīng)力錨索加密支護工作面前方采空區(qū)側(cè)。 采空區(qū)至超前支護段的沿空留巷30～50 m 段的頂板實施預(yù)裂爆破，將留巷和冒落的工作面都形成懸臂結(jié)構(gòu)，構(gòu)成卸壓帶；②工作面推過后段，首先鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片輔以錨桿遮擋冒落區(qū)巖石，后再采用29U 型鋼支護冒落邊側(cè)頂板，對留巷進行加強支護；③當采空區(qū)頂板周期來壓時，頂板沿預(yù)裂切縫下切，工作面冒落區(qū)冒落壓實，形成留巷巷幫，待穩(wěn)定后在其上噴混凝土，封閉裂縫和孔隙，防止有毒有害氣體泄出。

2.1 巷頂板預(yù)裂爆破

地表到31001 工作面頂板距離約360 m， 煤層偽頂為泥巖、細砂巖，厚度為0.5 m，受水易變形，不易支護；直接頂為中粗、粗砂巖，厚度為5.3 m，堅硬，可承受大的圍巖變形；3 號煤開采的初次來壓步距25 m，周期來壓步距12～15 m。

在巷道超前30～50 m 段，采空區(qū)側(cè)提前用3.0 m的π 型梁配單體液壓支柱抬棚加強支護， 兩組平行布置，一梁三柱，采用高強度預(yù)應(yīng)力錨索加密支護工作面前方采空區(qū)側(cè)。 根據(jù)工作面圍巖破碎和巷道支護情況， 現(xiàn)場試驗以直接切斷巷道采空區(qū)側(cè)上方的基本頂、降低圍巖擾動為目的；炮孔直徑Φ40 mm、孔深8 000 mm 的預(yù)裂爆破孔， 與冒落側(cè)幫軸夾角10°，與工作面縱側(cè)成80°夾角；預(yù)裂爆破孔間距為400 mm；正向不耦合結(jié)構(gòu)裝藥，黏土炮泥封堵炮孔；起爆器每次同時起爆4～5 個炮孔。

2.2 沿空留巷的加強支護

工作面后方段（沿空留巷）采空區(qū)側(cè)貼幫采用金屬網(wǎng)+29U 型鋼+噴射混凝土綜合支護進行補強。鋪設(shè)金屬網(wǎng)的目的就是遮擋冒落區(qū)巖石，防止冒落傷人；噴射混凝土的目的封閉裂縫和孔隙，防止有毒有害氣體泄出。 緊跟留巷貼幫端頭液壓支架掛金屬網(wǎng)，頂板和墻身縱向搭接不小于200 mm。 緊挨留巷切頂落幫選用29U 型鋼，上插不小于150 mm，下插不小于350 mm， 單體液壓支柱和29U 型鋼間距為550 mm 交錯支護，見圖1。

圖1 沿空留巷支護剖面

3 切頂卸壓沿空留巷效果

自切頂卸壓沿空留巷應(yīng)用開始，每天對留巷兩幫和頂板的位移進行3 次監(jiān)測并統(tǒng)計， 繪制頂板、兩幫隨時間位移曲線，見圖2。

從圖2 可以看出：監(jiān)測期間，沿空留巷兩幫最大移近量為240 mm，隨著工作面的推進，兩幫收縮量逐漸增大， 距離工作面后60～70 m 兩幫變形基本穩(wěn)定，斷面變形符合規(guī)范要求；頂板最大下沉200 mm，隨著回采工作面的推進， 頂板下沉量逐漸增大，距離工作面后80～90 m 下沉基本穩(wěn)定， 符合巷道斷面變形要求；因此，沿空留巷在切頂卸壓成巷后25d（即作面推進約90 m）逐步進入穩(wěn)定期。

圖2 沿空留巷表面位移

4 結(jié)語

1）切頂卸壓沿空留巷預(yù)裂爆破技術(shù)，降低爆破擾動和留巷圍巖應(yīng)力，同時及時地使得采空區(qū)上覆巖層沿切縫線垮落形成新的巷幫。 充分垮落的頂板，作為支撐起采空區(qū)上位巖層作用點，使冒落區(qū)形成卸壓區(qū)，降低基本頂負彎矩變形，減小工作面頂板壓力。

2）沿空留巷貼幫采用29U 型鋼管+單體液壓支柱抬棚+錨噴加強支護，減少充填材料，防止了有害有毒氣體逸散。

3）31001 工作面運輸巷沿空留巷作為31002 工作面的回風(fēng)巷，減少1 條1 000 m 的回風(fēng)巷和相應(yīng)的保護煤柱，節(jié)約成本為：每米巷道成巷造價為8 600元，1 000 m 巷道可節(jié)省費用860.0 萬元； 原工作面間回采的保護煤柱寬25 m， 長度1 000 m， 平均采高為1.5 m，煤體密度為1.38 t/m3，煤炭售價為800 元/t，則煤柱儲量的收益4 140 萬元；但采用切頂卸壓沿空留巷增加每米巷道支護造價：支護材料和人工費用6 800 元/m，則增加成本680 萬元；因此，相比于重新掘進巷道，沿空留巷可創(chuàng)收4 320 萬元，充分說明：切頂卸壓沿空留巷技術(shù)具有良好的推廣與應(yīng)用價值。